JPH0340328B2 - - Google Patents
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- JPH0340328B2 JPH0340328B2 JP57115290A JP11529082A JPH0340328B2 JP H0340328 B2 JPH0340328 B2 JP H0340328B2 JP 57115290 A JP57115290 A JP 57115290A JP 11529082 A JP11529082 A JP 11529082A JP H0340328 B2 JPH0340328 B2 JP H0340328B2
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Classifications
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Description
GPC(ゲルパーミエーシヨンクロマトグラフ
イ)およびHDC(ハイドロダイナミツククロマト
グラフイ)においては、分離粒子の分子量あるい
は粒径を定量するために、その溶離容量からピー
ク組成物が推定される。溶離容量はクロマトグラ
フイでは、検出器に感知される、妨害されないマ
ーカー類の通過時間を測定し溶質の位置をマーカ
ーの位置へ関連づけることにより定量されてい
る。すぐれた特性をもつ液体クロマトグラフイポ
ンプでさえも一般にくり返し分析で0.3%以上の
フロー安定性をもつていないので、マーカーを使
用することが代表的とされている。このために、
一定のフローを仮定し溶離時間の測定を実施した
場合、実施例で示すようにラテツクスの粒径の測
定ではしばしば許容しがたい誤差を生じる結果と
なる。
液体クロマトグラフイ(LC)において、濃度
−感知検出器(紫外=UV,赤外=IR,屈析率=
RI,伝導度)の他のフローに関連する誤差の原
因はピーク面積と流速との逆の比例関係、例えば
フローが0.5%、低下すると面積が0.5%増加する
関係があることである。
フローが不安定になるのは、ある期間でのピー
ク幅の不安定でありこのことが個々のピーク面積
を変動させる原因である。このような不安定性は
例えば往復ピストンポンプにおいて阻止弁の漏れ
の度合のために次のポンプストロークで変動しが
ちであり、かつストローク容量が典型的には50〜
500マイクロ−リツトル(μ)であるために生
ずる。
通過したフローを測定する現在の方法は、目盛
つきのシリンダーに溶離液を集め、流動液に注入
した気泡の移動を測定するか、あるいはサイフオ
ンダンプカウンターのダンプの全数を累積する等
の、幾分不正確かあるいは不安定なすべての技術
を含むものである。
一般的により広範囲の液フローのための、他の
古典的なフロー測定装置はつぎのものである;
1 コリオリスフローメーター。これは回転トル
ク力の関係としてほとんどのフローを測定する
ものである。この方法は複雑であり費用がかか
る。精度は±0.4%。
2 ウルトラソニツクフローメーター。これはガ
ロン/分のフローに適している。精度は±0.5
%。
3 差圧(D/P)フローメーター。オリフイス
を通し圧の低下を測定するもので、このセルは
つまつたり、たまりができがちであり、かつ粘
度に影響される。
4 タービンメーター。ターゲツトメーター。ベ
ンチユリーメーター。ローターメーター。ピト
ー管。これらはすべて原理的に50c.c./min以上
の流速に使用される。
5 連続加熱フローメーター。これは溶離液を加
熱し、連続的にダウンストリームの温度を測定
するものである。結果は測定される液体の比熱
と周囲の温度との変動により変化する。
6 セルフヒーテイングサーミスター。これはフ
ローに比例して冷却されるもので、一定でな
く、結果は溶液の比熱と周囲の温度の変化によ
り変動する。
本発明は、典型的なLCの条件下、精度が±0.1
%で液体の移動を測定するための、すぐれた液の
測定方法および装置に関する。特に本発明は、測
定精度が非常に重要とされる0.1〜10c.c./minの
液体を正確に測定するための、改良された液の測
定方法および装置に必要な技術を満足するもので
ある。
本発明の方法および装置はセルフ−ヒーテイン
グで操作される、例えば小型サーミスター(ある
いは半導体)を経て、流れているストリーム中へ
加熱パルスを注入した後、例えばマイクロプロー
ブあるいは即応(fast response)サーミスター
でダウンストリームのパルスを検出する原理を用
いたものである。パルス検出は次のアツプストリ
ームの熱パルスを制御する。この工程が繰返えさ
れる。
フローを測定するこの技術を達成するための重
要なキーポイントは特に以下のことである。
1 半導体のパルスおよびセンサーエレメントを
応用することにより、加熱“パルサー”および
“センサー”の熱量を最小にすること;
2 周囲の熱の偏りを除去し、その後のパルス検
出のための応答時間を短縮するために、センサ
ーのアウトプツトを電子的に時間−微分するこ
と;
3 非常に精度のあるフロー測定およびフローセ
ル検定のための改良された方法を用いたフロー
測定計画を利用すること;かつ
4 成分の選択と操作とによつて温度と液組成物
との変動を全く関連させないフローセルおよび
方法を確立すること;
である。
加熱パルス注入の一般的原理は、液測定のため
に全く新しいものではなく、Utopia Instrument
CompanyのJoliet,Illinoisによる“Knauer
Electronic Volumeter”として何が公知である
かの形で以前に応用されているが、上述の技術改
良点(1−4)はいずれも従来の液体フローメー
ターには態様化されていない。製作者の文献にみ
られるように、本発明と従来のフローメーターと
の有用性の主な差異は良好な二つのプローブの測
定フローセル(Knauerは4つのプローブ装置に
ついてだけ有用性を教示している)を確立したこ
とであり、更に水溶性溶剤を測定するというすぐ
れた有用性すなわちKnauerにより記載されてい
ない有用性にある。
本発明は;
(a) 測定される液体を移送するための通路を規定
するフローセル本体と、
(b) 前記通路内に作動可能に配設され、前記通路
内を流れる液体に対して連続する熱パルスを発
生するための抵抗可熱手段と
(c) 前記通路内に於て前記抵抗可熱手段よりも下
流側で一定の間隔関係を以て作動可能に配設さ
れた、液体の温度を感知するための感熱手段
と、
(d) 感知された連続する熱パルス間の時間を電子
的に検出するための手段と
から成る、液体の体積流量を測定するためのフロ
ーセルであつて、
前記抵抗可熱手段は半導体26を含み、前記感
熱手段は感熱半導体28を含み、前記の連続する
熱パルス間の時間を電子的に検出するための手段
は信号Cを発生するための変化率感知回路74を
含み、前記信号Cの大きさは前記感熱半導体の抵
抗時間に関する変化率に比例するものであり、前
記変化率感知回路74は、前記電気信号に応答し
て連続する電流パルスを前記加熱用半導体に印加
するタイマ回路118を作動させるように接続さ
れていることを特徴とするフローセルである。
また本発明は、
(a) 測定される液体を、通路を形成する本体を含
むフローセルを介して移送するステツプと、
(b) 一定の長さの熱パルスを連続的に液体に付加
するステツプと、
(c) 下流感知手段を用いて液体の温度を検出する
こと、
とから成る、ニユートン液体の体積流量を測定す
る方法であつて、
前記通路の第一の固定位置に配設した半導体を
用いて前記熱パルスを液体に対して付加すること
と、
前記加熱半導体から下流側で一定の間隔関係を
以て配設された感熱半導体を用いて前記加熱半導
体からのパルスを検出し、かつ前記感熱半導体は
液体内の温度変化を検出するように作動すること
と、
前記ステツプ(C)の温度依存信号から、感知され
た温度変化の時間に対する一次的なまたはより高
次の変化率を示す電気的信号を生成することと、
パルス周波数が液体の体積流量に関係するとい
う条件を作出するように、前記温度変化率信号を
使用して後続の熱パルスを印加することと、
パルス間の時間を検出することと、
を含むことを特徴とする方法である。
本発明の最適の態様は、熱センサーとしての即
応サーミスターとの併用で、熱パルスエレメント
としてセルフ−ヒーテイングサーミスターを用い
ることにあり、各サーミスターは半導体のサーミ
スターエレメントをつつんでいる、例えばガラス
である電気絶縁体である。更に、感熱サーミスタ
ーの抵抗の同様の第二の時間的に誘導されたもの
がセルフ−ヒーテイングサーミスターを脈動する
シグナルとして応用されていることである。
本発明の方法によれば、他の公知の電子フロー
セル(即ち“フローセル”の測定原理は電子注入
加熱パルスのフライト時間に基いている)は、改
良された量のフローを生みだす方法により、操作
することができる。しかし本発明での最適の操作
は、本発明のフローセルを使用することによつて
可能である。本明細書で用いるニユートン液と云
う語は、粘度が測定フロー条件において実質上一
定である液体を意味する。
本発明はフロー量として、時間に対する瞬間あ
るいは平均のフロー速度または全フロー容量を示
すように、実際のデータが要求されるような応用
に関して述べてきたが、更には例えばフローを測
定セツトに調整するように連続してフロー速度を
検出しシグナル(フロー量)をポンプに伝えるこ
とによつて、クロマトグラフイや他の液測定用ポ
ンプを調整するためのコントロール法あるいは装
置にも応用することができる。また、これまで主
として10c.c./minより少ないフローを測定するた
めの改良装置および方法についての技術的な必要
性について述べてきたが、本発明の原理は実施例
3に示すように相当に大きいフロー速度を測定す
るためにも応用できることは明白である。
本発明の特徴は以下の添付図“本発明の詳細
図”から明白である:すなわち、
第1図は本発明の原理および主旨による、液測
定用の好適なフローセルの横断面図である。
第2図は第1図のフローセルのセル部を示す上
からの図である。
第3図は本発明の原理によるフローセルを操作
するための好適な電子回路図である。
第4図は、実施例1に示すようにフローセルの
補正グラフである。
第1図および第2図では、本発明の装置の好適
の態様が、実際の測定液の移動(ここでは0.1〜
10c.c./minのフローを意味する)のための電子フ
ローセル10から成ることを説明している。フロ
ーセル10は、測定液が流れるフロー通路を有す
るボデイ14から成る。(校正された)フローセ
ルのサイズまたは内容積は一定であり、その範囲
は0.01〜0.5c.c.、好ましくは0.01〜0.25c.c.である。
サーミスター16(あるいは後述のものと同じ
もの)はボデイ14にとりつけられ通路まで達し
ており、測定液に対し短時間の鋭敏な熱パルスを
伝えるためのセルフヒ−テイングの形で使用する
ようにつくられている。セルフ−ヒーテイングサ
ーミスターは測定フロー液と直接接触するように
通路中にさらされている発熱面18を有してい
る。発熱面は通路の中心に位置することが好まし
い。
セルフヒーテイングサーミスターから一定距離
をおいて第二のサーミスター20があり、これは
即応サーミスターであり、やゝ小さい方が好まし
く、感熱用としてつくられている。感熱サーミス
ターは、感熱面22を有し、測定フロー液と直
接、接触するために(セルフヒーテイングサーミ
スターからダウンストリーム(下流)にて)通路
12まで達している。感熱サーミスターも、通路
の中心に位置することが好ましい。
セルフヒーテイングサーミスターとして使用さ
れる好適なものは、“標準的プローブ”サーミス
ターであり、関連技術で公知のいろいろな市販タ
イプのものである。これらの標準プローブサーミ
スターはサーミスターの発熱面から成るガラス製
の球あるいはプローブ24を有している。ガラス
プローブの中には半導体エレメント26が納めら
れ測定液と直接接触しないようにかつ電気的に絶
縁されている。サーミスターのプローブ24の直
径は0.254cm(0.100インチ)である。これは、長
時間の使用においても電気特性が低下したり、変
化したりせずに、約50〜150ミリワツトのパルス
力を維持するように用いられる。14〜22秒間の空
気中での時間定数比率(T.C)により示される小
熱量のプローブは、液に速い充分なパルスを与え
るために一般に満足すべきものであり、本発明の
応用に適用である。このパルスの出力は、サーミ
スター20の感熱性と共に感熱パルスを生ずるた
めに充分である。
感熱サーミスター20は“即応”ガラスプロー
ブサーミスターであり、ガラス30に納められた
半導体エレメント28から成る。サーミスター2
0はより小さい熱量のものであり、5秒あるいは
それより短い空気中でのT.C比率を有している。
一般に記載されている市販の感熱サーミスター
は3〜4%/℃の負の温度係数を有している。こ
の範囲の感応性は本発明での使用には全く適当な
ものである。感熱サーミスターの温度係数が小さ
くとも、充分な抵抗変化が液の熱パルスに感応
し、記録される限り操作可能である。
セルフヒ−テイングサーミスターの加熱係数は
サーミスターがセルフヒ−テイングの形で使用さ
れるのでそんなに重要なパラメーターではない。
しかしながら例えば装置を不適当に取扱つた場合
のように、不注意に過熱することによる、サーミ
スターの故障の可能性をできるだけ少くするた
め、負の温度係数をもつセルフヒーテイングサー
ミスターを使用することが好ましい。しかし温度
係数が正あるいは負のいずれかのサーミスター
も、感熱サーミスターとして使用することができ
る。
本発明は、セルフヒーテイングサーミスターと
同等の装置の使用についても意図するものであ
る。これらはサーミスターエレメントを特徴づけ
る、温度係数特性をもつていないと云う点で異
る、半導体ベースの加熱エレメントをサーミスタ
ーエレメント16の代用にしていることに基くも
のである。“半導体”と云う語は抵抗103〜1013マ
イクロ−オーム−センチメーター好ましくは104
〜106マイクロ−オーム−センチメーターである
物質を定義するものである。エレメント26とし
て有用なものは抵抗加熱エレメントであり、その
抵抗は伝導体と半導体との間の遷移範囲即ち750
〜1000マイクロ−オーム−センチメーターであ
る。本開示中で使用される“半導体”という語は
一定の遷移範囲内の抵抗を有する後者の物質(例
えばある種のカーボンベースの物質)を含むもの
として定義されるもので、これは本発明の目的の
ために有用な抵抗加熱装置に適当に組込まれてい
る。
本発明のフローセル10の特徴はデザインおよ
び構造が簡単であることである、セル部14を製
作するために、フローセルは組立用ブロツクのガ
ラス含有テフロンを使用してつくるのが好まし
い。通路12をつくるには一般の孔開け法で行う
ことができる。通路12を流れる測定液用のクロ
マトグラフイ管の端接合部品36,38との通路
12連結のため、セル部の両端に、ネジ形開孔口
32,34をもうけてある。同様のネジ形の開孔
口40,42を各サーミスター16,20に連絡
するようにセル部内に通路12と垂直にもうけて
ある。
セルフ−ヒーテイングサーミスター16が比較
的大きいため、あるいはプローブ16の発熱面1
8の下端のための空間をつくるため、セル部の通
路の下部の延長上に孔状の浅い拡張部44をもう
けてある。この拡張部44はセルフヒーテイング
サーミスターの発熱面を、通路12中の流動フロ
ー軸の中心に位置させるため、および感熱サーミ
スター20の感熱面22と一致するように位置さ
せるため(感熱サーミスターも同様に通路の軸の
中心に位置するのが好ましい)、調整移動させる
ことを可能にする。サーミスターの大きさがそれ
ぞれ異なる場合には、フロー通路をサーミスター
16,20の両方あるいはいずれかの位置で、拡
張させ、サーミスターの発熱面および感熱面が通
路軸の中心に一致するように位置する同軸の拡張
空間をもうけることができる。セル部14の反対
側にサーミスター16,20をとりつけることに
より小さいフローセルをつくることができる。そ
れによつて図示と実質的に同様のフローセルデザ
インを用いて、より小さくかつフロー通路が短か
いものをつくることができる。
セル部14のサーミスター16,20を通過す
る位置に好ましくはプラスチツクのねじ穴を有す
るプラグ46,48を使用するのが好ましい。こ
のプラグにはサーミスター16,20のリード電
線が通されている。ねじ開口部40,42にはそ
れぞれ、弾性O−リング50,52、(Ka´lrez
が適当であるが、)がとりつけられ、各サーミス
ター部を液シールするようにプラグで押しつけて
いる。端子片(図示せず)を例えばスクリユーに
よりセル部にとりつけることができる。またサー
ミスターのリード線を例えば標準の電気コンスタ
ントスクリユーによつて、端子片に固定すること
ができる。
この簡単なセルのデザインを機能的に変えるこ
となく、相当改良することが可能であることは明
白である。例えば、セル部をいくつかの接続部品
からつくることができる(例えば図示した各ブロ
ツク部を逆にする)。更にセルフロー通路に、例
えば、小径のプラスチツク管を用いることもでき
る(実施例3記述の態様)。
フローリストリクター56はフローセル10の
開口部34に端接合部38により接続されてい
る。フローリストリクターは液フローを抑制し測
定液の極少量の脱ガスを防止するために述分な背
圧を生じるような適当な長さの毛細管から成るの
が適当である。フローリストリクターはフローセ
ルが有害な脱ガス現象を防止するために不充分な
背圧の位置におかれている場合に、使用するのが
効果的である。通常のリストリクターバルブのよ
うないかなる装置も上述の毛細管の代わり使用す
ることができる。フローセル10との併用で、フ
ローリストリクターを使用した場合、例えばクロ
マトグラフイカラム流出液を送るために使用した
場合、時として液の測定の精度は最高レベルとな
る(極度に背圧が低い場合は測定液の脱ガス度合
は大きくなる)。
フローセル10を操作するための好適のデザイ
ンの電子回路は第3図に示した通りであり、感熱
形のサーミスター20を操作するための回路58
から成る。回路58はサーミスター20およびシ
リーズ抵抗器64,65からの接合点Aで分配さ
れたポテンシオメーター60およびシリーズ抵抗
器62から成る標準電圧分配回路から成る。回路
の全抵抗はサーミスターの抵抗低下を脈動するこ
とにより、無視できる位の電流パルス脈動をつく
りだし、このため加熱サーミスターの有害なセル
フヒーテイングを生みださないために充分なもの
である。一般的なパワー源端末を、サーミスター
20の平衡範囲以内の入力電圧を供給するため
に、電圧分配回路に接続してある。キヤパシテイ
ター67は、一時的に急激な接合点Aにおける電
圧を、正電圧供給レベル内に安定化させている。
測定液のパルス温度変化は、温度変化と共にサ
ーミスター20の抵抗変化に比例する、正の電圧
パルスの形で電子的に感応している(この回路は
負の温度係数の感熱サーミスターの使用を目的と
し想定している)。発生電圧パルスは連結電流限
定抵抗器66を通過した後、抵抗器70,72の
選択抵抗比により50倍に、転化されない(non−
inverting)増幅器68によつて増幅される。抵
抗器70,72は増幅器68の負のフイードバツ
クに電圧分配回路の形で接続されている(標準の
配置として)。あらかじめ増幅した電圧パルスお
よび増幅電圧パルスの代表的パルス波形をA〜B
として図示してある。このパルスは好ましくは二
段の微分増幅器回路74,74aに供給される。
第一段の微分回路74は電流限定抵抗器78とシ
リーズで接続し、かつ操作増幅器80の転化入力
に接続している。フイードバツクレジスター82
は入力シグナルを各パルスシグナルに従つて零に
するように戻している。キヤバシテイター84は
高頻度の周囲の電気ノイズを過するために抵抗
器82と平行に接続されている。
増幅器80からのパルスシグナルはこのパルス
(図示A−Bの)変化の時間割合に転化されかつ
比例しており、パルスCに図示してある。増幅
(図示A−B)電圧パルスは感熱サーミスターの
電気感応抵抗へ比例しているので、増幅器80に
より生じたパルス(図示C)は、測定液のパルス
温度変化とサーミスター20の抵抗変化の増幅さ
れた変化の時間割合(あるいは最初の時間誘導に
よるもの)として同等に考えられる。
変化パルスシグナルの時間割合は第二段目の微
分回路74aへ導かれる。回路は同様の引用数字
を与える通常のエレメント(増幅器80を有して
いる)、から成る。更に第二段の増幅器80aの
転化されていない入力は、増幅器80aの電圧パ
ルスシグナルの出力を整えるために、入力に接続
されている零調整バイアス回路84に供給され
る。増幅器80a出力の概形は、図Dに例示され
ており、測定液のパルス温度変化と、感熱サーミ
スター20抵抗の増幅され、電子的に誘道された
第二の時間的に誘導されたものである。
第二の誘導電圧パルスは電流限定抵抗器86を
通して操作増幅器88の転化されていない入力へ
供給される。この増幅器は、付随した高頻度過
を有する大きな増幅を生みだすため、キヤパシテ
イター90および抵抗器92,94へ接続されて
いる。従つて出力シグナルは例えば500倍に増幅
された後、増幅器88によつて生みだされ通常の
パワー供給装置へ接続された抵抗器96およびキ
ヤパシテイター98から成る、小さい通過過器
により過される。全増幅および全誘導関数はE
図に示すような角波形の電圧パルスを生ずる。
E図の電圧パルスはセルフヒーテイングサーミ
スターを脈動するためにタイマー回路100へ供
給される。この回路は電流限定抵抗器102を有
し、更に各図Eの電圧パルスの出力の到着の際に
コレクター端末106を+15ボルト(パワー供給
レベル)から零まで転換するために、転換トラン
ジスター104のベースに接続されている。コレ
クター端末106で整理することにより電圧パル
スは0〜+15となる。
静止時のコレクターは抵抗器108と転換トラ
ンジスター104とから成る電圧分配回路によつ
て+15ボルトに偏つている。第二の電圧分配器1
10,112は、高い正電圧レベルを生じる。こ
の二つの電圧器が両プレートで高電圧となるよう
に、キヤパシテーター114を通るように配置さ
れている。コレクター端末電圧が転換すると、キ
ヤパシテイター114の電圧を急速に低下させ
る。それによつてキヤパシテイタープレート11
6は、第二番目の分配器が元の電圧レベルへ戻る
までの短時間、零まで偏つている。その結果コレ
クター端末で生じる電圧パルスの幅は電圧の尖頭
まで低下し、タイムサイクルリセツトピンである
タイマー118の#
2ピンへ供給される。タイマ
ーは#
3ピンで電圧パルスを生ずるがその継続期
間はピン#
6および#
7に接続したキヤパシテイ
ター122との関連で変化しうる抵抗器120に
よつて、決定される。その時間間隔は0.01〜1.0
秒間でこの回路において調整変化可能である。ピ
ン#
1および#
8は共通のものに接続されており
それぞれ供給パワーは+15ボルトである。
一定期間の出力電圧は、#
3ピンから二重ポー
ルであり、パワー供給、シリーズ抵抗器126お
よび加熱サーミスター16間の接触を目的とする
シングルスローリレーである、リレー124へ供
給される。リレーからリード線128,130に
より、外部データコレクター132に、例えばセ
ルフヒーテイングサーミスターの各活性点を記録
する(Tを誘導するために)コンピユーターに接
続されている。回路は最初にマニユアルスイツチ
134により活性化される。単一の100maの±15
ボルトに調整したパワー供給が全回路を操作する
ために用いられる。
液の測定プロセスはRh(セルフヒーテイングサ
ーミスター)の熱パルスのプツシユボタンを活性
化することにより開始される。緩かい熱パルスが
感応ゾーンを通過するので、4%/℃の温度係数
の感熱サーミスター(Rt)が接合点Aで正の電
圧を生ずる。このシグナルはBで増幅された後、
キヤパシテイター76を通り第一段階の微分増幅
回路74の増幅器80を転化入力へ接続される。
この回路においてBにおける増幅転化された時間
的に誘導されたものに等しい、Cにおける電圧パ
ルスを生ずる。cにおける出力はdRt/dtへ比例
する、従つて小さな温度変化では、セルフヒーテ
イングサーミスターにより生ずる熱パルスに対比
し実質的に零の応答をする。
単一の誘導パルス出力は、その後のパルスのた
めに最良につくられるにはあまりにも遅く、ベー
スラインへ戻つてくる。従つてD図に示される概
略のパルス出力形を生ずる第二段階の増幅器80
aにおいて、転化された第二の誘導されたものを
生ずるものが最も好適である。これは、d2R/
dt2に比例する。
この電圧パルス形はEで増幅され読取リレーへ
パワーを応用するトランジスタータイム回路へ送
られる。このリレーは、パルスカウンター(即ち
コンピユーター)およびセルフヒーテイングサー
ミスター16の両方へ一定時間(一般に0.1〜1.0
秒)30ボルトD.Cのパルスを提供する。測定精度
は加熱サーミスター16に対するA.C電圧パルス
と反対に、D.Cパルス形を使用することにより改
良される。2Kオームの抵抗器126は、セルフ
ヒーテイングサーミスターがセルフヒーテイング
および抵抗を低下するようなオーバヒートの影響
をうけるのを保護している。標準プローブサーミ
スターを用い30ボルトD.Cを使用した場合、Rh
においては、計算上最大113mWのパワーが消費
される。
測定液のフローおよび/あるいは全フローの速
度は電子回路により集められたパルスデーターに
基き、電子的に計算されかつ、つぎの一般式より
計算される:
T=Vc/r+K
{式中、T=パルス間の時間(例えばsec);
Vc=校正されたセル容量定数(例えばcm3);
f=フロー速度(例えばcm3/sec);
K=校正された時間定数(例えばsec)であ
る。}
VcおよびKの値は例えば実施例1に記載のフ
ローセル補正操作によつて決定することができ
る。Tは集められたパルスの時間データーであ
り、fは測定液のフロー速度を測定したものであ
る。Vc/f値は広範囲のフロー速度にわたつて
Tと充分直線関係であることが示されているため
(実施例1を参照)、fの計算は電子的に行うこと
ができかつ所望の形で目視できるチヤート記録計
あるいは他の装置によつて瞬時あるいは平均フロ
ー速度のいずれかもしくは両方を表示するか、あ
るいはいずれの経過時間にわたつても測定液の全
フローを、全フローパルスカウント(ΣT)に基
きあらわすことができる。
実施例 1
本実施例は補正定数VcおよびKを決定するた
めに適当な好適な補正方法について述べる。これ
らの定数は所定のフローセル、電子回路および電
子装置に関して記述する。本研究ではフローセル
はサーミスター16,20が約1 1/2インチ
(3.8mm)離れて設置(中心から中心へと位置して
いる)されておりかつ直径が約1/16インチ
(0.159cm)のフロー管12中に使用されている、
デザインである。タイマー118は0.8秒のパル
ス加熱時間になるようにセツトされているポテン
シオメーター60は加熱サーミスターが正電荷パ
ルスになる定常状態で50mVの正ベースライン電
圧を供給するように調整してある。零調整バイア
ス回路はパルスがない場合Dにおいて電圧が零に
なるように調整してある。
フローセルの補正に使用する装置はLDCコー
ポレーシヨン製の定量工ポンプから成る。ポンプ
によりクロマトグラフイ貯槽から、液(水)をく
み上げ、外径が標準1/16インチ(0.159cm)のク
ロマトグラフイ管を用い、所定のフロー速度で液
を連続的に圧力ゲージ、パルス湿潤コイルそして
最後にフローセルへと流す。フローセルからの排
出は背圧−応用毛細管コイル〔3インチ×0.005
インチ(7.62cm×0.127)内径の毛細管〕を通し
て、集合容器へおこなわれる。タイマーは液の流
速を保証するためかなりの精度のものが用いられ
る。
データーを第1表に示す。表中、fは正確なバ
ランスとタイマーから測定した平均流速(c.c./
min)であり、Tはリレー124から測定した、
セルフヒーテイングサーミスターのパルス間の平
均時間(sec)である。
In GPC (gel permeation chromatography) and HDC (hydrodynamic chromatography), the peak composition is estimated from the elution volume in order to quantify the molecular weight or particle size of separated particles. Elution volume is quantified in chromatography by measuring the transit time of undisturbed markers to a detector and relating the position of the solute to the position of the marker. Even liquid chromatography pumps with excellent properties generally do not have a flow stability of 0.3% or more in repeated analyses, so it is typical to use markers. For this,
If elution times are measured assuming a constant flow, measurements of latex particle size often result in unacceptable errors, as shown in the Examples. In liquid chromatography (LC), concentration-sensing detectors (ultraviolet = UV, infrared = IR, refractive index =
Another source of flow-related errors (RI, conductivity) is that there is an inverse proportional relationship between peak area and flow rate, e.g., a 0.5% decrease in flow increases area by 0.5%. What causes the flow to become unstable is the instability of the peak width over a certain period of time, which causes the individual peak areas to fluctuate. Such instabilities, for example in reciprocating piston pumps, tend to vary from one pump stroke to the next due to the degree of leakage of the check valve, and where the stroke volume is typically 50 to
This occurs because it is 500 microliters (μ). Current methods of measuring flow through are somewhat complex, such as collecting the eluent in a graduated cylinder and measuring the movement of an air bubble injected into the flow, or accumulating the total number of dumps in a siphon-on dump counter. Includes all techniques that are inaccurate or unstable. Other classic flow measurement devices, generally for a wider range of liquid flows, are: 1 Coriolis flowmeter. This measures most of the flow as a rotational torque force relationship. This method is complex and expensive. Accuracy is ±0.4%. 2 Ultrasonic flow meter. This is suitable for flows per gallon per minute. Accuracy is ±0.5
%. 3 Differential pressure (D/P) flow meter. Measures the drop in pressure through an orifice, and this cell is prone to clogging and accumulation, and is affected by viscosity. 4 Turbine meter. target meter. bench urimeter. rotor meter. Pitot tube. All of these are used in principle for flow rates of 50 c.c./min or higher. 5 Continuous heating flow meter. This heats the eluent and continuously measures the downstream temperature. The results will vary due to variations in the specific heat of the liquid being measured and the ambient temperature. 6 Self-heating thermistor. The cooling is proportional to the flow and is not constant; the results vary due to changes in the specific heat of the solution and the ambient temperature. The present invention has an accuracy of ±0.1 under typical LC conditions.
This invention relates to an excellent liquid measuring method and apparatus for measuring liquid movement in %. In particular, the present invention satisfies the technology required for an improved liquid measuring method and device for accurately measuring liquids of 0.1 to 10 c.c./min, where measurement accuracy is extremely important. be. The method and apparatus of the invention operate in a self-heating manner, e.g. by injecting a heating pulse into the flowing stream via a small thermistor (or semiconductor), e.g. a microprobe or a fast response thermistor. This method uses the principle of detecting downstream pulses. Pulse detection controls the next upstream heat pulse. This process is repeated. The important key points to achieve this technique of measuring flow are, in particular: 1. Minimize the amount of heat in the heating “pulsar” and “sensor” by applying semiconductor pulse and sensor elements; 2. Eliminate ambient heat bias and shorten the response time for subsequent pulse detection. 3. utilize a flow measurement scheme with highly accurate flow measurements and improved methods for flow cell validation; and 4. To establish a flow cell and method which, by selection and operation, are completely independent of variations in temperature and liquid composition. The general principle of heated pulse injection is not entirely new for liquid measurements, and the Utopia Instrument
“Knauer” by Joliet, Illinois of Company
None of the above-mentioned technical improvements (1-4) have been embodied in conventional liquid flow meters, although they have been previously applied in the form of what is known as "Electronic Volumeter". As seen in the literature, the main difference in utility between the present invention and conventional flow meters is the establishment of a better two-probe measurement flow cell (Knauer teaches utility only for a four-probe device). The present invention has the further advantage of measuring water-soluble solvents, a utility not described by Knauer. (b) resistive heatable means operably disposed within said passageway for generating successive pulses of heat to a liquid flowing within said passageway; and (c) said heating means within said passageway. (d) a heat sensitive means for sensing the temperature of the liquid, operably disposed in a spaced relationship downstream of the resistive heat means; and (d) electronically measuring the time between successive sensed heat pulses. a flow cell for measuring the volumetric flow rate of a liquid, the resistively heatable means comprising a semiconductor 26, the heat sensitive means comprising a heat sensitive semiconductor 28, The means for electronically detecting the time between pulses includes a rate-of-change sensing circuit 74 for generating a signal C, the magnitude of which is proportional to the rate of change of the resistance of the heat-sensitive semiconductor with respect to time. The rate-of-change sensing circuit 74 is connected to operate a timer circuit 118 that applies successive current pulses to the heating semiconductor in response to the electrical signal. The invention also includes the steps of: (a) transporting the liquid to be measured through a flow cell that includes a body forming a passage; and (b) sequentially applying heat pulses of a fixed length to the liquid. (c) detecting the temperature of the liquid using downstream sensing means, the method comprising: a semiconductor disposed at a first fixed location in the passageway; applying the thermal pulse to the liquid using the heating semiconductor; detecting the pulse from the heating semiconductor using a thermal semiconductor disposed downstream from the heating semiconductor at a constant interval; operative to detect a temperature change within the liquid; and generating an electrical signal from the temperature dependent signal of step (C) indicative of a linear or higher order rate of change over time of the sensed temperature change. applying subsequent heat pulses using the temperature change rate signal to create a condition where the pulse frequency is related to the volumetric flow rate of the liquid; and detecting the time between pulses. The method is characterized in that it includes the following steps. A preferred embodiment of the invention consists in the use of self-heating thermistors as thermal pulse elements in combination with rapid response thermistors as thermal sensors, each thermistor surrounding a semiconductor thermistor element. For example, an electrical insulator such as glass. Furthermore, a similar second time-induced version of the resistance of a heat-sensitive thermistor is applied as a signal to pulse the self-heating thermistor. According to the method of the invention, other known electronic flow cells (i.e. the measurement principle of a "flow cell" is based on the flight time of an electron injection heating pulse) are operated in a manner that produces an improved amount of flow. be able to. However, optimal operation with the present invention is possible by using the flow cell of the present invention. As used herein, the term Newtonian liquid refers to a liquid whose viscosity is substantially constant under the measured flow conditions. Although the present invention has been described in terms of applications where real data is required, such as representing instantaneous or average flow rate or total flow capacity as a flow quantity, it may also be used, for example, to adjust the flow to a measurement set. By continuously detecting the flow rate and transmitting a signal (flow amount) to the pump, it can also be applied to control methods and devices for adjusting pumps for chromatography and other liquid measurement. . Furthermore, although the technical need for an improved device and method for measuring flows less than 10 c.c./min has been described so far, the principle of the present invention is quite similar as shown in Example 3. It is obvious that it can also be applied to measure large flow velocities. Features of the invention are apparent from the accompanying drawings, "Detailed Drawings of the Invention": FIG. 1 is a cross-sectional view of a preferred flow cell for liquid measurement according to the principles and spirit of the invention; FIG. 2 is a top view showing the cell section of the flow cell of FIG. FIG. 3 is a preferred electronic circuit diagram for operating a flow cell according to the principles of the present invention. FIG. 4 is a correction graph of the flow cell as shown in Example 1. 1 and 2, a preferred embodiment of the apparatus of the present invention shows the actual movement of the measuring liquid (here 0.1 to
10 c.c./min). The flow cell 10 consists of a body 14 having a flow passage through which the measuring liquid flows. The size or internal volume of the (calibrated) flow cell is constant and ranges from 0.01 to 0.5 cc, preferably from 0.01 to 0.25 cc. A thermistor 16 (or the same as described below) is attached to the body 14 and extends into the passageway, and is adapted for use in a self-heating manner to deliver short, sharp pulses of heat to the liquid to be measured. It is being The self-heating thermistor has a heating surface 18 exposed in the passageway for direct contact with the measured flow liquid. Preferably, the heating surface is located in the center of the passageway. At a distance from the self-heating thermistor is a second thermistor 20, which is a quick-acting thermistor, preferably slightly smaller, and is made to be heat sensitive. The thermal thermistor has a thermal surface 22 and extends into the passageway 12 (downstream from the self-heating thermistor) for direct contact with the measuring flow liquid. A thermal thermistor is also preferably located in the center of the passageway. The preferred self-heating thermistor used is a "standard probe" thermistor, which is of various commercially available types known in the relevant art. These standard probe thermistors have a glass ball or probe 24 that is the heating surface of the thermistor. A semiconductor element 26 is housed inside the glass probe and is electrically insulated so as not to come into direct contact with the measuring liquid. The diameter of the thermistor probe 24 is 0.254 cm (0.100 inch). This is used to maintain a pulse force of about 50 to 150 milliwatts without degrading or changing the electrical properties even during long-term use. A probe with a low heating value, as indicated by a time constant ratio (TC) in air of 14 to 22 seconds, is generally satisfactory for providing a fast enough pulse to the liquid and is amenable to the application of the present invention. The power of this pulse, along with the heat sensitivity of the thermistor 20, is sufficient to produce a heat sensitive pulse. Thermal thermistor 20 is a "quick response" glass probe thermistor, consisting of a semiconductor element 28 encased in glass 30. thermistor 2
0 is of lower calorific value and has a TC ratio in air of 5 seconds or less. Commercially available thermal thermistors commonly described have a negative temperature coefficient of 3-4%/°C. This range of sensitivity is entirely suitable for use in the present invention. Even if the temperature coefficient of a thermal thermistor is small, it can still be operated as long as a sufficient resistance change is sensitive to and recorded by the thermal pulse of the liquid. The heating coefficient of a self-heating thermistor is not a very important parameter since the thermistor is used in a self-heating form.
However, in order to minimize the possibility of failure of the thermistor due to inadvertent overheating, for example if the device is handled improperly, self-heating thermistors with a negative temperature coefficient should be used. is preferred. However, a thermistor with either a positive or negative temperature coefficient can also be used as a thermal thermistor. The present invention also contemplates the use of devices similar to self-heating thermistors. These are based on the substitution of a semiconductor-based heating element for the thermistor element 16, which differs in that it does not have the temperature coefficient characteristic that characterizes thermistor element. The term "semiconductor" refers to a resistance of 10 3 to 10 13 micro-ohm centimeters, preferably 10 4
It defines a substance that is ~10 6 micro-ohm-centimeter. Useful as element 26 is a resistive heating element whose resistance is in the transition range between conductor and semiconductor, i.e. 750
~1000 micro-ohm-centimeter. As used in this disclosure, the term "semiconductor" is defined to include the latter materials (e.g., certain carbon-based materials) having a resistance within a certain transition range, which is the subject of the present invention. It is suitably incorporated into a resistance heating device useful for the purpose. A feature of the flow cell 10 of the present invention is that it is simple in design and construction.To fabricate the cell portion 14, the flow cell is preferably constructed using glass-containing Teflon in building blocks. The passage 12 can be created using a common drilling method. Threaded apertures 32, 34 are provided at both ends of the cell section for connection of the passageway 12 with end fittings 36, 38 of the chromatography tube for the liquid to be measured flowing through the passageway 12. Similar threaded apertures 40, 42 are provided in the cell portion perpendicular to passageway 12 in communication with each thermistor 16, 20. Because the self-heating thermistor 16 is relatively large, or the heating surface 1 of the probe 16
In order to create a space for the lower end of the cell part 8, a shallow hole-like extension 44 is provided in the lower extension of the cell passage. This extension 44 is used to center the heat-generating surface of the self-heating thermistor on the axis of fluid flow in the passageway 12 and to align it with the heat-sensitive surface 22 of the thermistor 20 (thermal thermistor (also preferably located in the center of the axis of the passage), allowing for adjustable movement. If the thermistors are of different sizes, the flow passages may be expanded at either or both of the thermistors 16 and 20 so that the heat-generating and heat-sensitive surfaces of the thermistors are aligned with the center of the passage axis. It can create a coaxial expansion space. By attaching thermistors 16 and 20 on opposite sides of the cell section 14, a small flow cell can be created. Thereby, a flow cell design substantially similar to that shown can be used to create a smaller and shorter flow path. Preferably, plugs 46, 48 are used which have threaded holes, preferably in plastic, located through the thermistors 16, 20 of the cell portion 14. The lead wires of the thermistors 16 and 20 are passed through this plug. The threaded openings 40, 42 are fitted with elastic O-rings 50, 52, respectively.
) is attached, and each thermistor part is pressed with a plug to form a liquid seal. A terminal piece (not shown) can be attached to the cell part using, for example, a screw. The leads of the thermistor can also be secured to the terminal strips, for example by means of standard electrical constant screws. It is clear that considerable improvements can be made to this simple cell design without changing its functionality. For example, the cell section can be made from several connecting parts (eg, each block section shown can be reversed). Furthermore, a small diameter plastic tube, for example, can also be used for the self-flow channel (aspect described in Example 3). A flow restrictor 56 is connected to the opening 34 of the flow cell 10 by an end joint 38 . The flow restrictor suitably comprises a capillary tube of suitable length to create a reasonable back pressure to restrict liquid flow and prevent minimal outgassing of the liquid to be measured. Flow restrictors are advantageously used when the flow cell is placed at insufficient back pressure to prevent deleterious outgassing events. Any device such as a conventional restrictor valve can be used in place of the capillary tube described above. When a flow restrictor is used in conjunction with the flow cell 10, for example to convey the effluent of a chromatography column, the accuracy of the liquid measurement is sometimes at its highest level (at extremely low back pressures). (The degree of degassing of the measured liquid increases). A preferred design electronic circuit for operating the flow cell 10 is as shown in FIG.
Consists of. Circuit 58 consists of a standard voltage distribution circuit consisting of potentiometer 60 and series resistor 62 distributed at junction A from thermistor 20 and series resistors 64,65. The total resistance of the circuit is sufficient to create negligible current pulses by pulsating the resistance drop of the thermistor, thus not producing harmful self-heating of the heating thermistor. A typical power source terminal is connected to a voltage distribution circuit to provide an input voltage within the equilibrium range of the thermistor 20. Capacitor 67 stabilizes the temporarily abrupt voltage at junction A to within the positive voltage supply level. Pulsed temperature changes in the liquid to be measured are electronically sensed in the form of positive voltage pulses that are proportional to the change in resistance of the thermistor 20 with the change in temperature (this circuit does not support the use of a thermal thermistor with a negative temperature coefficient). (assumed to be the purpose). After the generated voltage pulse passes through the coupled current limiting resistor 66, it is inverted by a factor of 50 due to the selected resistance ratio of the resistors 70 and 72.
inverting) amplifier 68. Resistors 70, 72 are connected to the negative feedback of amplifier 68 in a voltage divider circuit (as a standard arrangement). Typical pulse waveforms of pre-amplified voltage pulses and amplified voltage pulses are shown in A to B.
It is illustrated as . This pulse is preferably fed to a two-stage differential amplifier circuit 74, 74a.
A first stage differentiator circuit 74 is connected in series with a current limiting resistor 78 and to an inverting input of an operational amplifier 80. Feedback register 82
returns the input signal to zero according to each pulse signal. Cavacitator 84 is connected in parallel with resistor 82 to filter out high frequency ambient electrical noise. The pulse signal from amplifier 80 is inverted and proportional to the time rate of this pulse change (A-B), as shown in Pulse C. Since the amplified (A-B) voltage pulse is proportional to the electrically sensitive resistance of the thermal thermistor, the pulse produced by the amplifier 80 (C) is proportional to the change in pulse temperature of the liquid being measured and the resistance change of the thermistor 20. Equivalently considered as the time fraction of the amplified change (or due to the initial time induction). The time ratio of the changing pulse signal is guided to the second stage differentiating circuit 74a. The circuit consists of conventional elements (with amplifier 80), which give similar reference numbers. Additionally, the uninverted input of the second stage amplifier 80a is provided to a nulling bias circuit 84 connected to the input to condition the output of the voltage pulse signal of the amplifier 80a. The outline of the amplifier 80a output is illustrated in Figure D, which shows the pulsed temperature change of the measuring liquid and the amplified, electronically induced second temporally induced version of the thermal thermistor 20 resistance. It is. A second induced voltage pulse is provided through current limiting resistor 86 to the uninverted input of operational amplifier 88 . This amplifier is connected to a capacitor 90 and resistors 92, 94 to produce large amplification with associated high frequency overload. The output signal is thus amplified, for example by a factor of 500, and then passed through a small pass-through consisting of a resistor 96 and a capacitor 98 produced by an amplifier 88 and connected to a conventional power supply. The total amplification and total induction function is E
A voltage pulse with a square waveform as shown in the figure is generated. The voltage pulse of Figure E is provided to a timer circuit 100 to pulse a self-heating thermistor. This circuit includes a current limiting resistor 102 and also connects the base of a conversion transistor 104 to convert the collector terminal 106 from +15 volts (power supply level) to zero upon arrival of the output of each voltage pulse of Figure E. It is connected to the. By organizing the voltage pulses at the collector terminal 106, the voltage pulses range from 0 to +15. At rest, the collector is biased to +15 volts by a voltage distribution circuit consisting of resistor 108 and switching transistor 104. Second voltage divider 1
10,112 produces a high positive voltage level. These two voltage generators are arranged to pass through the capacitor 114 so that both plates have a high voltage. When the collector terminal voltage switches, it causes the capacitor 114 voltage to drop rapidly. Thereby, the capacitator plate 11
6 is biased to zero for a short time until the second divider returns to its original voltage level. As a result, the width of the voltage pulse produced at the collector terminal is reduced to a voltage peak that is applied to pin #2 of timer 118, which is the time cycle reset pin. The timer produces a voltage pulse at pin #3, the duration of which is determined by a variable resistor 120 in conjunction with a capacitor 122 connected to pins #6 and #7. Its time interval is 0.01~1.0
Adjustments can be made in this circuit in seconds. Pins #1 and #8 are connected in common and each supply power is +15 volts. The output voltage for a period of time is supplied from pin #3 to relay 124, which is a double pole and single throw relay for the purpose of power supply, contact between series resistor 126 and heating thermistor 16. The relays are connected by leads 128, 130 to an external data collector 132, such as a computer for recording each active point of a self-heating thermistor (to derive T). The circuit is first activated by manual switch 134. Single 100ma ±15
A volt regulated power supply is used to operate the entire circuit. The liquid measurement process is initiated by activating the Rh (self-heating thermistor) heat pulse push button. A thermal thermistor (Rt) with a temperature coefficient of 4%/°C produces a positive voltage at junction A as a slow heat pulse passes through the sensitive zone. After this signal is amplified in B,
It passes through the capacitor 76 and is connected to the conversion input of the amplifier 80 of the first stage differential amplification circuit 74.
In this circuit the amplification inversion produces a voltage pulse at C which is equal to the temporally induced one at B. The output at c is proportional to dRt/dt, so for small temperature changes there is a virtually zero response to the heat pulse produced by the self-heating thermistor. A single induced pulse output returns to baseline too slowly to be optimally created for subsequent pulses. The second stage amplifier 80 thus produces the approximate pulse output shape shown in Figure D.
Most preferred are those which yield a converted second derivative in a. This is d 2 R/
Proportional to dt 2 . This voltage pulse form is amplified at E and sent to a transistor time circuit which applies power to the read relay. This relay connects both the pulse counter (i.e. computer) and the self-heating thermistor 16 for a fixed amount of time (typically 0.1 to 1.0
seconds) provides a pulse of 30 volts DC. Measurement accuracy is improved by using a DC pulse form as opposed to an AC voltage pulse to the heating thermistor 16. A 2K ohm resistor 126 protects the self-heating thermistor from self-heating and overheating which would reduce its resistance. When using 30 volts DC with a standard probe thermistor, Rh
According to the calculation, a maximum power of 113 mW is consumed. The velocity of the flow of the measuring liquid and/or the total flow is calculated electronically based on the pulse data collected by the electronic circuit and calculated from the following general formula: T=Vc/r+K {where T= time between pulses (eg, sec); Vc = calibrated cell capacity constant (eg, cm 3 ); f = flow rate (eg, cm 3 /sec); K = calibrated time constant (eg, sec). } The values of Vc and K can be determined, for example, by the flow cell correction procedure described in Example 1. T is the collected pulse time data and f is the measured flow rate of the measurement liquid. Since the Vc/f value has been shown to be well linearly related to T over a wide range of flow rates (see Example 1), the calculation of f can be done electronically and in the desired manner. A visual chart recorder or other device displays the instantaneous and/or average flow rate, or the total flow of the liquid to be measured over any elapsed time is measured in total flow pulse counts (ΣT). It can be expressed based on Example 1 This example describes a suitable and preferred correction method for determining correction constants Vc and K. These constants are described with respect to a given flow cell, electronic circuit, and device. In this study, the flow cell has thermistors 16 and 20 placed approximately 1 1/2 inches (3.8 mm) apart (located center to center) and has a diameter of approximately 1/16 inch (0.159 cm). used in the flow tube 12 of
It's the design. Timer 118 is set for a pulse heating time of 0.8 seconds. Potentiometer 60 is adjusted to provide a positive baseline voltage of 50 mV at steady state when the heating thermistor pulses with positive charge. The zero adjustment bias circuit is adjusted so that the voltage becomes zero at D when there is no pulse. The equipment used to calibrate the flow cell consists of a metering pump manufactured by LDC Corporation. A pump pumps the liquid (water) from the chromatography storage tank, and using a chromatography tube with a standard outer diameter of 1/16 inch (0.159 cm), the liquid is continuously pumped at a predetermined flow rate using a pressure gauge and pulse humidification. It flows through the coil and finally into the flow cell. The discharge from the flow cell is a back pressure-applied capillary coil [3 inches x 0.005
(7.62 cm x 0.127 inch) inner diameter capillary tube] into a collecting vessel. A highly accurate timer is used to ensure the flow rate of the liquid. The data are shown in Table 1. In the table, f is the average flow rate (cc/
min), T is measured from relay 124,
It is the average time (sec) between pulses of a self-heating thermistor.
【表】
第1表の二つのデーターからfおよびTを取り
出し、式T=Vc/f+Kにそれぞれ代入した二
つの式を用い、補正定数VcおよびKを算出する
ことができる。補正セル容量Vcは0.048c.c.、補正
定数Kは0.63secである。従つてこのフローセル
による流速(c.c./sec)は式
Tsec=0.048c.c./f+0.603sec
を用いて測定することができる。
上式の計算は第4図に示すグラフをつくること
によつて更に求めやすくなる。数多くのTsecと
fc.c./minにおける、数多くの溶液のデーター点
から直線(Vcの勾配)をつくる。またこの直線
はK値のところで縦軸を横断している。従つて式
は線のy=mx+b関係によく合致していること
を示している。このデーターの相関係数は
0.99989である。
フローセル定数を補正するため上述の数式を使
用し実施例2に示すような例外的な正確な液測定
をおこなうことができる。それにもかかわらず、
液フローを通常の補正法によるフローセルを用い
て測定することもできる。例えば即知の蓄積量あ
るいは流速に対しリレー124からの全パルス数
およびパルス頻度データを平均化することによつ
てである。これらの後者の補正法は、例えば非ニ
ユートン性液の正確な測定用フローセルを用いる
ために応用することができる。
実施例 2
実施例1で用いたものと同じじデザインの電子
フローセルの精度は、セルを標準外径1/16インチ
(0.159cm)の5フイント(1.524m)のクロマト
グラフイ管を通して、上にあげた流出液貯槽へ接
続することにより調べられた。6インチ(15.24
cm)の水の静水ヘツド圧(合計)下、水をフロー
セルを通し重力供給法により供給した。水は最後
に集合容器中の水にその一端を浸したチユーブ
〔外径が1/16インチ(0.159cm)〕を通じて集合容
器へ排出した。最初の液フローは約1c.c./minで
あり、実験中に若干低下した。
リレー124で生ずる各パルスTの時間値はマ
イクロコンピユーターのメモリーバンクに電子的
に貯えられた。データーの集合が終了した所でコ
ンピユーターが電子的に直線回帰ヤーブを生みだ
しTの標準偏差が2.973ミリセコンドを算出され
た。測定した標準偏差は63%の信頼限界(±1シ
グマ)で0.092%と算出された。
実際のフローは、テスト装置の性能が不完全で
あることによつてのみランダムに(非常にわず
か)変化したと思われるので観察された精度は本
実験の0.092%より悪くないことが測定される。
全く同様に真の精度は更に良いものである。
実施例 3
本実験で使用した多くのフローセルは、実質上
補正セル容量(Vc)だけが異るものである。第
2表のフローセルのNo.1およびNo.2は内径が
0.031インチ(0.79mm)のそれぞれ24インチ(61
cm)および12インチ(30.5cmの管を用いて構成さ
れている。この管は、各単独でサーミスターを取
つけたフローセルブロツク間に接続されている。
これらは比較的大容量のセルである。セルのNo.3
およびNo.4は第1図および第2図に示すデザイン
のやゝ小容量のセルである。フローセルNo.3は実
施例1で用いたものである。各セルのデザインに
特有の動的フロー範囲を決定するために種々の液
クロマトグラフイ測定ポンプを使用した。その結
果を第2表に示す。[Table] Correction constants Vc and K can be calculated using two equations in which f and T are extracted from the two data in Table 1 and substituted into the equation T=Vc/f+K, respectively. The correction cell capacity Vc is 0.048cc, and the correction constant K is 0.63sec. Therefore, the flow rate (cc/sec) through this flow cell can be measured using the formula Tsec=0.048cc/f+0.603sec. The calculation of the above equation can be made easier by creating the graph shown in FIG. Create a straight line (gradient of Vc) from the data points of many solutions at many Tsec and fc.c./min. Moreover, this straight line crosses the vertical axis at the K value. Therefore, the equation shows a good agreement with the line y=mx+b relationship. The correlation coefficient for this data is
It is 0.99989. Using the above formulas to correct the flow cell constants, exceptionally accurate liquid measurements can be made as shown in Example 2. Nevertheless,
Liquid flow can also be measured using flow cells with conventional correction methods. For example, by averaging the total pulse number and pulse frequency data from relay 124 for a known accumulation volume or flow rate. These latter correction methods can be applied, for example, to use flow cells for accurate measurement of non-Newtonian liquids. Example 2 The accuracy of an electronic flow cell of the same design as that used in Example 1 was demonstrated when the cell was passed through a 5 ft (1.524 m) chromatography tube with a standard 1/16 inch (0.159 cm) outer diameter and It was investigated by connecting to the effluent storage tank mentioned above. 6 inches (15.24
Water was fed by gravity feed through the flow cell under a hydrostatic head pressure (total) of water (cm). The water was finally drained into the collection container through a tube (1/16 inch (0.159 cm) outside diameter) with one end immersed in the water in the collection container. The initial liquid flow was approximately 1 c.c./min and decreased slightly during the experiment. The time value of each pulse T produced by relay 124 was stored electronically in the memory bank of the microcomputer. When the data collection was completed, the computer electronically generated a linear regression curve, and the standard deviation of T was calculated to be 2.973 milliseconds. The measured standard deviation was calculated to be 0.092% with a confidence limit of 63% (±1 sigma). The observed accuracy is determined to be no worse than 0.092% in this experiment since the actual flow appears to have varied randomly (very slightly) only due to imperfections in the performance of the test equipment. .
Just as true accuracy is even better. Example 3 Many of the flow cells used in this experiment differed substantially only in corrected cell capacitance (Vc). The inner diameter of flow cells No. 1 and No. 2 in Table 2 is
0.031 inch (0.79mm) each 24 inches (61
cm) and 12 inch (30.5 cm) tubing connected between each individually thermistor mounted flow cell block.
These are relatively large capacity cells. Cell No.3
and No. 4 are slightly smaller capacity cells of the design shown in FIGS. 1 and 2. Flow cell No. 3 is the one used in Example 1. Various liquid chromatography measurement pumps were used to determine the dynamic flow range specific to each cell design. The results are shown in Table 2.
【表】
大容量セルNo.1は約10c.c./minで最小フロー検
出限界を示す。この上限はテストに用いたポンプ
装置の限界によつてテストされなかつた。このフ
ローセルは、本発明の液フロー測定原理を10c.c./
minより相当大きい流速の測定まで拡大する可能
性を示している。
フローセルNo.1〜3はいづれも、実質上10c.c./
minまでのフロー実用的範囲のすべてにわたつ
て、液測定するための本発明の有用性を示すもの
である。本テストは、テストに使用した所定のい
かなるセルデザインに関しても、フローセルの動
的操作範囲の最適条件を追究しているものと解釈
する意図はない。
ここで注目すべき点は、No.1〜No.4のフローセ
ルによつて求めたK値が同じでないことである。
求めたK値間のわずかな相違はおそらく各フロー
セルのサーミスター16,20の電気特性におけ
る、小さな差異によるものであろう。フローセル
の製造所および部品が同様であるとしても、その
熱容量および/あるいは電気特性が若干異なつて
いることは考えられることである。[Table] Large capacity cell No. 1 shows the minimum flow detection limit at approximately 10c.c./min. This upper limit was not tested due to the limitations of the pump equipment used in the test. This flow cell uses the liquid flow measurement principle of the present invention at 10c.c./
This shows the possibility of expanding to measurements of flow velocities considerably greater than min. All of flow cells No. 1 to 3 are practically 10c.c./
This demonstrates the utility of the present invention for measuring liquids over the entire practical range of flows up to min. This test is not intended to be construed as seeking an optimal flow cell dynamic operating range for any given cell design used in the test. What should be noted here is that the K values determined by flow cells No. 1 to No. 4 are not the same.
The slight difference between the K values determined is likely due to small differences in the electrical characteristics of the thermistors 16, 20 of each flow cell. Even if the flow cells are of similar manufacture and components, it is conceivable that their heat capacity and/or electrical properties may be slightly different.
第1図は本発明の原理および主旨による、液測
定用の好適なフローセルの横断面図である。第2
図は本発明の原理によるフローセルを操作するた
めの好適な電子回路図である。第3図は実施例1
に示すようにフローセルの補正グラフである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a preferred flow cell for liquid measurement in accordance with the principles and spirit of the present invention. Second
The figure is a preferred electronic circuit diagram for operating a flow cell in accordance with the principles of the present invention. Figure 3 shows Example 1
This is a correction graph of the flow cell as shown in FIG.
Claims (1)
規定するフローセル本体と、 (b) 前記通路内に作動可能に配設され、前記通路
内を流れる液体に対して連続する熱パルスを発
生するための抵抗可熱手段と、 (c) 前記通路内に於て前記抵抗可熱手段よりも下
流側で一定の間隔関係を以て作動可能に配設さ
れた、液体の温度を感知するための感熱手段
と、 (d) 感知された連続する熱パルス間の時間を電子
的に検出するための手段と から成る、液体の体積流量を測定するためのフロ
ーセルであつて、 前記抵抗可熱手段は半導体26を含み、前記感
熱手段は感熱半導体28を含み、前記の連続する
熱パルス間の時間を電子的に検出するための手段
は信号Cを発生するための変化率感知回路74を
含み、前記信号Cの大きさは前記感熱半導体の抵
抗の時間に関する変化率に比例するものであり、
前記変化率感知回路74は、前記電気信号に応答
して連続する電流パルスを前記加熱用半導体に印
加するタイマ回路118を作動させるように接続
されていることを特徴とするフローセル。 2 前記通路が0.01から0.5ミリリツトルまでの
校正された容積(Vc)を有する、特許請求の範
囲第1項記載のフローセル。 3 前記抵抗加熱半導体は自己加熱モードで作動
するのに適合しており、かつ前記感熱半導体は前
記抵抗可熱サーミスタよりも小さい質量を有する
高速応答サーミスタである、特許請求の範囲第1
項または第2項記載のフローセル。 4 前記半導体は測定される液体と直接接触しな
いように保護絶縁されている、特許請求の範囲第
1項、第2項または第3項記載のフローセル。 5 前記半導体はガラス絶縁体内に包まれてお
り、かつ前記通路内の実質的に中央部に配設され
ている、特許請求の範囲第4項に記載のフローセ
ル。 6 前記感熱半導体が空気中に於て5秒より小さ
い時定数を有し、かつ前記抵抗加熱半導体が空気
中に於て22秒より小さい時定数を有する、特許請
求の範囲第1項から第5項までの何れかの項に記
載のフローセル。 7 測定される液体に背圧に付加するために前記
通路と連通した流量制限手段を含む、特許請求の
範囲第1項から第6項までの何れかの項に記載の
フローセル。 8 前記通路は、液体の10c.c./minよりも小さい
体積流量を測定するのに適した大きさを有してい
る、特許請求の範囲第1項から第7項までの何れ
かの項に記載のフローセル。 9 (a) 測定される液体を、通路を形成する本体
を含むフローセルを介して移送するステツプ
と、 (b) 一定の長さの熱パルスを連続的に液体に付加
するステツプと、 (c) 下流感知手段を用いて液体の温度を検出する
こと、 とから成る、ニユートン液体の体積流量を測定す
る方法であつて、 前記通路の第一の固定位置に配設した半導体を
用いて前記熱パルスを液体に対して付加すること
と、 前記加熱半導体から下流側で一定の間隔関係を
以て配設された感熱半導体を用いて前記加熱半導
体からのパルスを検出し、かつ前記感熱半導体は
液体内の温度変化を検出するように作動すること
と、 前記ステツプ(C)の加熱依存信号から、感知され
た温度変化の時間に対する変化率に応答する電気
的信号を生成することと、 パルス周波数が液体の体積流量に関係するとい
う条件を作出するように、前記温度変化率信号を
使用して後続の熱パルスを印加することと、 パルス間の時間を検出することと、 を含むことを特徴とする方法。 10 測定される液体の10c.c./min、よりも小さ
い範囲の流量を与えるステツプを含む、特許請求
の範囲第9項に記載の方法。 11 前記通路は、0.01から0.5c.c.までの範囲の
校正された容積(Vc)に等しい容積を有する、
特許請求の範囲第9項または第10項に記載の方
法。 12 前記加熱半導体は自己加熱モードで作動す
るサーミスタであり、前記感熱半導体は前記抵抗
加熱半導体の質量よりも小さい質量を有する高速
反応サーミスタであり、前記熱パルスの発生は時
間に関して微分された電気パルスによつて活性化
され、前記パルスは測定される液体の温度変化の
パルスに対する感熱半導体の応答を時間に関して
微分したものである、特許請求の範囲第9項、第
10項または第11項に記載の方法。 13 前記活性化電気パルス応答が、感熱サーミ
スタの電気パルス応答の、測定される液体のパル
ス温度変化に対する2次微分と、少なくとも等し
い、特許請求の範囲第12項に記載の方法。 14 前記フローセルの流出液を、流量制限手段
を介して供給することを含む、特許請求の範囲第
9項から第13項までの何れかの項に記載の方
法。 15 前記半導体と測定される液体との直接接触
を防止するため、前記半導体をカプセルに封じて
保護するステツプを含む、特許請求の範囲第10
項から第14項までの何れかの項に記載の方法。[Scope of Claims] 1. (a) a flow cell body defining a passageway for transporting a liquid to be measured; (b) operatively disposed within said passageway and configured for liquid flowing within said passageway; (c) resistive heatable means for generating successive heat pulses; and (c) temperature of a liquid operatively disposed in a spaced relationship downstream of said resistive heatable means within said passageway. (d) means for electronically detecting the time between successive sensed heat pulses, the flow cell for measuring the volumetric flow rate of a liquid, comprising: The resistive heatable means includes a semiconductor 26, the heat sensitive means includes a heat sensitive semiconductor 28, and the means for electronically detecting the time between successive heat pulses includes a rate of change sensing circuit for generating a signal C. 74, wherein the magnitude of the signal C is proportional to the rate of change of the resistance of the heat-sensitive semiconductor with respect to time;
The rate of change sensing circuit 74 is connected to operate a timer circuit 118 that applies successive current pulses to the heating semiconductor in response to the electrical signal. 2. The flow cell of claim 1, wherein the passageway has a calibrated volume (Vc) of 0.01 to 0.5 milliliters. 3. The resistively heated semiconductor is adapted to operate in a self-heating mode, and the heat sensitive semiconductor is a fast response thermistor having a smaller mass than the resistively heatable thermistor.
The flow cell according to item 1 or 2. 4. The flow cell according to claim 1, 2 or 3, wherein the semiconductor is protected and insulated so as not to come into direct contact with the liquid to be measured. 5. The flow cell of claim 4, wherein the semiconductor is encapsulated within a glass insulator and disposed substantially centrally within the passageway. 6. Claims 1 to 5, wherein the heat-sensitive semiconductor has a time constant in air of less than 5 seconds, and the resistive heating semiconductor has a time constant in air of less than 22 seconds. Flow cell described in any of the sections up to. 7. A flow cell according to any one of claims 1 to 6, including flow restriction means in communication with the passageway for applying back pressure to the liquid being measured. 8. Any one of claims 1 to 7, wherein the passage has a size suitable for measuring a volumetric flow rate of less than 10 c.c./min of liquid. The flow cell described in . 9. (a) transferring the liquid to be measured through a flow cell that includes a body forming a passageway; (b) sequentially applying heat pulses of fixed length to the liquid; and (c) detecting the temperature of the liquid using downstream sensing means; is added to the liquid, and a pulse from the heating semiconductor is detected using a heat-sensitive semiconductor disposed downstream from the heating semiconductor at a constant interval, and the heat-sensitive semiconductor detects the temperature within the liquid. generating from the heating-dependent signal of step (C) an electrical signal responsive to the rate of change of the sensed temperature change over time; applying subsequent heat pulses using the rate of temperature change signal to create a condition related to flow rate; and detecting the time between pulses. 10. The method of claim 9, including the step of providing a flow rate of the liquid to be measured in a range of less than 10 c.c./min. 11. said passage has a volume equal to a calibrated volume (Vc) ranging from 0.01 to 0.5 cc;
A method according to claim 9 or 10. 12. the heating semiconductor is a thermistor operating in a self-heating mode, the heat-sensitive semiconductor is a fast-reacting thermistor having a mass smaller than the mass of the resistive heating semiconductor, and the generation of the thermal pulse is an electrical pulse differentiated with respect to time. as claimed in claim 9, 10 or 11, wherein the pulse is a time-differentiated response of the heat-sensitive semiconductor to a pulse of temperature change of the liquid to be measured. the method of. 13. The method of claim 12, wherein the activated electrical pulse response is at least equal to the second derivative of the electrical pulse response of a thermal thermistor with respect to the pulsed temperature change of the liquid being measured. 14. The method according to any one of claims 9 to 13, comprising supplying the effluent of the flow cell through a flow rate restriction means. 15. Claim 10 includes the step of encapsulating and protecting the semiconductor to prevent direct contact between the semiconductor and the liquid to be measured.
The method described in any of paragraphs 1 to 14.
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